This is a very long, but brilliantly well researched essay by Peter Salonius, taken from The Oil Drum . The basic premise is that we stopped being sustainable thousands of years ago (this is the general feeling of most anti-civ writers working today) and that without phenomenal population reductions in tandem with a complete cultural change in the way we approach food production, humanity stands no chance of keeping the Earth in a habitable state. In essence, we have to become sustainable while retaining a tiny proportion of our current numbers.
Tough words, and not something most people would be happy to stomach, but if his research is right, then we have to be heading towards this state rapidly.
Agriculture: Unsustainable Resource Depletion Began 10,000 Years Ago
Teil 1: Leben vor dem Land-
Die wichtigen neuen Ansatz für den Menschen als nur ein weiteres Mitglied der weltweiten Tierarten Assemblage kam, als Feuer wurde erstmals etwa 400.000 Jahren von Homo erectus (Preis 1995) verwendet. Die dynamische konjunkturelle Stabilität komplexer Systeme hat für die meisten tierischen Populationen gezeigt worden, mit Ausnahme Top-Räuber, auf Raub angewiesen, um Über-und Konsum außer Kontrolle geratenen Dynamik von Beutetieren (Rooney et al. 2006) zu dämpfen. Die Fähigkeit zu kontrollieren und zu benutzen Feuer entfernt den Einfluss des wilden Tieres Raubtiere als Moderatoren der menschlichen Zahlen. Die Verwendung von Feuer ermöglichte die Besiedlung der kalten Ländern in hohen Breiten, wo Brennstoff für Heiz-Unterstände zur Verfügung stand in einer Form, wie tierisches Öl, getrocknetem Dung und Holz. Auch wenn ihre Unterstände immer komplexer und aufwendiger geworden, sie waren, zum größten Teil, konnte vorübergehende Lagern, deren Haupt-Bauteile über die Landschaft, um so von variablen Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln profitieren, wie die Jahreszeiten verändert transportiert werden.
Der größte Teil der menschlichen Geschichte war, dass von einer Kultur der Jäger sammelt oder Sammlerinnen. Sie taten nicht Pflanzenkulturen oder ändern die Dynamik von Ökosystemen in nennenswerter Weise, wie sie passiv davon abhängig, was die lokale Umgebung zu bieten hatte waren. Sie führten jedoch zu domestizieren Hunde so früh wie 100.000 BCE (Vila et al 1997.); Waren diese Tiere als nützliche Hilfsmittel Jagd, Vormünder, und gelegentlich als Nahrung in Zeiten der Knappheit. Jäger und Sammler beibehalten sozialen Organisation und Interdependenz, und verhindert den Verlust von Lebensmitteln auf Verderb durch die gemeinsame Nutzung der Ernte unter den Community-Mitgliedern. Diese Menschen lebten in Harmonie mit ihrer Ökosysteme und ihre Fähigkeit, nicht nachhaltig belasten und schädigen ihre Umwelt durch die Tatsache, dass, wenn ihre Zahl überstieg die Belastbarkeit der komplexen, sich selbst verwaltende, diverse Spezies, belastbar terrestrischen und aquatischen Ökosystemen beschränkt war, aus dem gewannen sie ihre Nahrung, dann Hunger und niedriger Fruchtbarkeit ausgeübt negative Rückkopplung steuert auf eine weitere Expansion.
Sie benutzten kulturell vermittelte Verhalten wie erweiterte Säugen, schwangerschaftsunterbrechenden und Kindestötung zu ihrer Anzahl weit unter Tragfähigkeit zu halten und malthusianischen Zwänge wie Hunger (Lese-und LeBlanc 2003) zu vermeiden. Krieg zwischen konkurrierenden Gruppen um die gleichen Ressourcen, vor der Entwicklung der Staaten, erscheint auch gab eine signifikante Einschränkung auf das Wachstum von menschlichen Zahlen (Keeley 1996).
Teil 2: Die Entwicklung der Landwirtschaft
Die Entwicklung der Landwirtschaft ist von großem Interesse für uns, weil es die meisten unserer Lebensmittel produziert und es war eine Voraussetzung für das enorme Wachstum der menschlichen Zahlen, und auch für die verschiedenen komplexen Gesellschaften, die sich entwickelt, seitdem diese neue Kultur begann (Diamond 2002) haben.
Nach dem Aufkommen der Landwirtschaft sank die Sterblichkeitsrate, die durch Konflikte verursacht, etwas wie lokalen Razzia durch Chiefdoms in Langstrecken-territoriale Eroberung durch Staaten (Spencer 2003) entwickelt. Diese kulturellen und Konflikt Verhaltensweisen, die begrenzte Wachstum der menschlichen Bevölkerung, um das Gleichgewicht zwischen Menschen und anderen Spezies während des größten Teils der historischen Überlieferung zu halten serviert. Read und Leblanc (2003) legen nahe, dass Menschen, in Gebieten mit geringer Dichte Ressource, neigen dazu, in der Regel stabile Populationen zu erhalten und gleichzeitig hohen Ressourcen-Dichte, wie sie von der Landwirtschaft produziert, verringert den Abstand der Geburten schneller als der Anstieg der Ressource Dichte, was zur Folge in sich wiederholenden Zyklen mit einer Tragfähigkeit von Überschwingen und Bevölkerung Kollaps.
Nomaden und Viehzüchter
Die früheste Bewegung von der strengen Jäger Versammlung gegenüber der Landwirtschaft kam, als die Menschen bemerkten die Veränderungen in den Ökosystemen, dass sie verbrannt werden, um Wildtiere zu Orten, wo sie leichter getötet werden könnte bewegen, manchmal die Post-Feuer Vegetation bestand aus einem Anstieg der Zahl von Pflanzen verwendet wie Nahrung, wie Beeren und Birnen und auch Vegetation Assemblagen, wie der lichte Eichen-Park des US Pacific Northwest, die Eicheln für die menschliche Nahrung und für das Wild, dass sie gejagt (Angier 1974; der Oregon State University 2003) hergestellt, während in anderen Flächen Grünland wurden periodisch verbrannt, um das Wachstum der Vegetation, die Ausschreibung attraktiver zu Wild war zu ermutigen.
Auch wenn einige Jäger und Sammler / Sammlerinnen taten verändern die Vegetation oder Sukzessionsstadien Zustand der Vegetation in bestimmten Gebieten Assemblagen mit dem Feuer, diese Flächen selten waren produktiv genug, um ganzjährig Belegung zu unterstützen. So begann die ersten Schritte des Menschen als "patch-Störung" Arten (Rees 2002), deren Expansion würde letztlich zu erweitern und zu modifizieren fast allen Ökosystemen der Erde.
Bewegung hin zu tatsächlichen Anbau der Landwirtschaft begann mit der Domestizierung von Getreide in einer Zeit, postglazialen Klimaerwärmung durch Klima Umkehrung unterbrochen wurde, noch vor Beginn der durchgehend warmen Bedingungen des Holozäns (Hillman et al. 2001). Diamant (2002) zeigt, dass die Domestikation von Pflanzen und Tieren zum ersten Auftreten in Gebieten, wo die wertvollsten und am einfachsten Arten zu kultivieren waren einheimische. Diese Arten wurden später auf neue und produktivere Bereiche durch die wandernde Erweiterung ihrer Landwirte, die ihren Wohnsitz Jäger und Sammler überrannten bewegt. Da die Menschen arbeiteten mit und kultivierten wilde Arten, begann der Prozess der genetischen Selektion, um leichter verwaltet Individuen mit veränderten Verhalten produzieren. Diamond (1997; 2002) beschreibt Eigenschaften von Wildtieren Umgang mit Ernährung, Wachstum, Aufzucht in Gefangenschaft, Disposition und sozialen Struktur, die machen die einzelnen Arten entweder Kandidaten für die Domestikation oder Domestizierung, die sehr schwierig zu machen.
Nomaden, bewohnen Grünland / Prärie Ökosysteme, die sich auf die Jagd Herden von Pflanzenfressern verlassen hatte, genug gelernt über die Gewohnheiten dieser Arten, um den Prozess der Steuerung einige von ihnen zu beginnen. Die daraus resultierende pastoralen Herding Kultur der Tiere wie Kamele, Ziegen, Schafe, Rinder, Yaks, Alpakas und Rentier gemacht Ortung Fleisch viel weniger riskant, und erlaubt die Weiterentwicklung Einsatz sekundärer Produkte von lebenden Tieren wie Blut und Milch. Diese sehr frühe Form der Spezies Domestizierung ohne Anbau bietet eine weitgehende Unabhängigkeit im Angesicht der ökologischen Schwankungen, weil Herden, um verschiedene Bereiche im Wandel der Jahreszeiten und bei Trockenheit bewegt werden. Diese Menschen entwickelten eine Kultur, die sich für die Umwelt als zu zwingen, Veränderungen auf die Umwelt, um eine bestimmte Nahrungsmittelproduktion Kultur unterzubringen Gegensatz anzupassen bewegt, auch wenn sie brennen Land auf die Weide zu verjüngen und zu verhindern, Waldwachstum von der Invasion auf Wiesen tat.
Viehzüchter, Jäger und Sammler wie unterhielt enge soziale Organisation und Interdependenz, und sie verhindert den Verlust von Lebensmitteln, um den Verderb durch die gemeinsame Nutzung der Ernte unter den Community-Mitgliedern. Hunter Versammlung, Futtersuche und pastoralen Lebensstil werden oft als prekär und die sehr harte Arbeit dachte, während sowohl archäologische Funde und die Gesundheit der wenigen Gruppen, die noch nicht von der Landwirtschaft verdrängt worden schlägt vor, dass sie ziemlich lang und sehr viel einfacher das Leben mit besseren gelebt Gesundheit und Ernährung als die ersten Menschen, die Kultivierung der Landwirtschaft in den genannten Ortschaften (Diamond 1987) praktiziert.
Viehzüchter waren unterliegt den gleichen Einschränkungen wie Jäger und Sammler, ihre Fähigkeit, nicht vertretbare Belastung und Beschädigung ihrer Umgebung wurde durch die Tatsache beschränkt, dass, wenn ihre Zahl überstieg die Belastbarkeit der komplexen, sich selbst verwaltende, diverse Spezies, belastbar terrestrischen Ökosysteme, von denen sie gewannen ihre Nahrung, dann Hunger und niedriger Fruchtbarkeit ausgeübt negative Rückkopplung steuert auf eine weitere Expansion. Es gab nur wenige Gruppen, die in der Lage, den Jäger und Sammler Lebensweise, selbst als sie vertrieben wurden und gezwungen, auf marginalen Flächen durch Landwirte pflegen haben. Viehzüchter, können weiterhin in die Neuzeit gedeihen, weil die semi-ariden Ländern, die sie nutzen in der Regel ungeeignet für den Anbau der Landwirtschaft sind.
Von Interesse ist die Rückkehr ins nomadische Viehhaltung in einigen der zentralasiatischen Republiken, die den Untergang der Geldwirtschaft verfolgt hat, nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion in den 1990er Jahren. Moderne Gras gefüttert Rinder und Schafe Viehzucht, die aber nicht zur Existenzfrage Kultur, hat viele Ähnlichkeiten mit Weidewirtschaft außer dass es auf in einem größeren Maßstab durchgeführt, um Waren für Märkte zu produzieren.
Anfänge der Anbau Landwirtschaft
Die Entwicklung der Landwirtschaft scheint ein Zufall, 'Hit-and-miss "Entwicklung haben, dass mit ziemlicher Sicherheit sprang, nicht aus Notwendigkeit (Diamond 2002), sondern aus der Neigung des Menschen zu experimentieren. Selektive Ernte und Neupflanzung von bestimmten Rassen von Nahrungspflanzen fand mit zunehmender Geschwindigkeit zu als feindlich und unberechenbar Klima am Ende des Pleistozäns wich wärmer und besser vorhersehbare Bedingungen (Richerson et al. 2001). Zwar deuten einige Autoren, dass das Wachstum der menschlichen Bevölkerung während der letzten 10.000 Jahre hat sich in Druck, mehr Nahrungsmittel zu produzieren, sie zu füttern (Boserup 2005) ergab, sehen die meisten die Verbesserung der Nahrungsmittelproduktion durch den Anbau der Landwirtschaft als Motor des Bevölkerungswachstums (Abernethy 2002; Hopfenberg und Pimentel 2001; Hopfenberg 2008).
Die Kultivierung der Landwirtschaft in der Regel begann mit der Verlagerung oder "Brandrodung" Techniken, die die angesammelten Nährstoffe, bis unter nativen Wald oder Grünland gebaut, und auch diese Nährstoffe in der Asche aus der Verbrennung resultierenden einheimische Vegetation genutzt. Angemessene Produktivität für Kulturpflanzen dauert nur ein paar Jahre auf Hochland-Böden unter Wanderfeldbau. Permanent landwirtschaftlichen Anbau scheint, in Flusstälern, die jährlich durch neue Boden durch Hochwasser durchgeführt wurden befruchtete möglich gewesen. Wenn Nährstoffe im Boden auf Hochland-Böden erschöpft sind, ist es notwendig, zu einem neuen Patch der einheimischen Vegetation bewegen und wiederholen Sie den "Brandrodung"-Prozess. Nach Auflassung der vorübergehenden Felder, ist ein erheblicher Zeitraum von einheimischen Vegetation Nachwachsen notwendig, bevor Boden Nährstoffgehalte sind wieder bis zu dem Punkt, wo ein weiterer kurzer Zyklus von Anbau-und Nährstoffmangel ist profitabel gebaut. Auf besseren Böden in tropischen Klimazonen der Zeitraum der frühen Sukzessionsstadien Gehölzvegetation Wachstum kann nur noch ein paar Jahre vor dem nächsten Anbau Zyklus sein, da Temperatur-driven Verwitterung im Boden sehr hohe Preise in diesen Bereichen sind.
Wanderfeldbau ist in der Regel arbeitsintensiv und die kleinen Parzellen beteiligt haben nicht genug produzieren, um Unterstützung Mensch und Pferden, Ochsen oder andere Zugtiere, die mit Ackerbau helfen könnte. Das ganze Jahr über Multi-Cropping in tropischen Klimazonen auf Erosion anfällig Pisten wie Gebiete der Philippinen manchmal sogar bis zu 40 verschiedene Pflanzenarten auf dem gleichen Gebiet tätigen, so dass es immer genug Pflanzendecke, um die Kraft des regen zu brechen und zu minimieren Erosion. Verschiebenbearbeitung ist nur lebensfähig, wenn die Bevölkerung nach wie vor gering genug, dass der nächste Zyklus von temporären Anbau nicht erforderlich ist, bis heimischen Wald oder Grünland Regeneration auf verlassenen Feldern die Versorgung mit Stickstoff (durch biologische Fixierung) und die Höhe der Pflanze zur Verfügung Phosphor, Kalium wieder aufgebaut hat, Calcium, Magnesium und Mikronährstoffe (durch Verwitterung im Boden).
Zum Zeitpunkt der europäischen Kontakte im östlichen Nordamerika, von Mitte Kontinent und nach Süden, viel von dem Tiefflug Land hatte bereits genug indianischen Verschiebung der Landwirtschaft vorgelegt, dass die Siedler eine Landschaft Mosaik geräumte Gärten entdeckt, verlassene Lichtungen Rückkehr nach Waldvegetation und Reifung Wald, der bereit war, für einen weiteren Zyklus von Clearing-, Brenn-und temporären Anbau (Williams, 2006). Europäischen Siedler, deren Erkrankungen sich schnell bewegenden hatte bereits die Indianer dezimiert, konnten die Landwirtschaft auf gerodeten Flächen, die von den ehemaligen Bewohnern hergestellt worden war, zu starten.
Indianer taten nutzen die Stickstoff-Fixierung Fähigkeiten von Hülsenfrüchten Bohnen in Mischungen mit Kürbis, Mais und verschiedene andere Kulturen, und sie taten vermehren abbauende Nährstoffe im Boden mit der Platzierung der Fisch bei der Bepflanzung Flecken. Doch zum Zeitpunkt der Europäischen Kontakt, waren indianische Bevölkerung Dynamik wahrscheinlich bereits auf dem gleichen "Erhöhung und Zusammenbruch" Flugbahn als die anderer Bevölkerungsgruppen, deren Zahl zu erhöhen, um überschreiten Tragfähigkeit als die Nahrungsmittelproduktion durch die Annahme der Kultivierung der Landwirtschaft (Costanza et erhöht wird al. 2005). Rees (2002-03) Staaten, ebenso wie Malthus (1826), dass, sofern keine Einschränkungen für Tiere (einschließlich Menschen) Expansion sind, alle Populationen zu dem Punkt, dass sie eine gewisse kritische Ressource zu zerstören und dann wachsen sie zusammenbrechen.
Intensive Pflege der Landwirtschaft bietet ausreichend Nahrung, um das Wachstum in großem Maßstab ermöglichen, Wohn bevölkerungsreichste Gesellschaften in Siedlungen mit permanenten Wohnungen, die nahe genug, um den wachsenden Bereiche Lebensmittel, um ihre Verwaltung zu erleichtern sind und die für die Lagerung von Lebensmitteln von Saison zu Saison zu ermöglichen. Der Übergang von der passiven Abhängigkeit von den bestehenden komplexen selbst-verwaltenden Ökosysteme durch mobile Jäger und Sammler den Weg für die bessere Kontrolle von Nahrungsquellen durch die Kultivierung der Landwirtschaft an Land zur Verfügung gestellt in bestimmten Gebieten mit radikal veränderten Ökologie. Seine Praktizierenden wurden an das Land gebunden, und sie waren anfällig für ökologische Unwägbarkeiten, die lokale Missernten erzeugen konnte.
Diamond (1997) legt nahe, dass die Entwicklung der Pflanzenzucht Landwirtschaft ein "Falle", die massiven Veränderungen in der Art, wie wir uns ernähren und in der sozialen Organisation, die ein natürliches Produkt des Landbesitzes und Kontrolle von Lebensmitteln gelagert ist ausgefällt war. Das Denken in Bezug auf diese "Falle" ist, dass, da die Bevölkerung, um die gestiegenen Lebensmittelpreise durch die Kultivierung der Landwirtschaft geliefert nutzen steigen, ist es sehr schwierig ist, auf weniger produktive Lebensmittelerzeugung genutzten Systeme ohne dadurch eine Not und Hunger zurück.
The egalitarian food-sharing social organization systems of hunter-gatherers, pastoralists and shifting agriculturists, based on kinship, gave way to the class stratification of societies that rely on intensive cultivation agriculture. The stratum of society that controls the means of food production, and the land required for it, develops a hierarchy of property owners and leaders who are rich enough to thrive during periods of severe food shortages, while the less powerful, who are employed by them, suffer famine much more directly.
Eventually this social stratification and evolution of complex labor division proceeds to the point where merchants, craftsmen, military, clergy, bureaucrats, politicians and royalty occupy urban areas where food from the countryside is used, but not produced. A rich and politically powerful stratum develops absolute property rights that are accumulated as wealth and transferred to its descendants; this stratum, often doing very little labor, becomes more numerous and difficult to support as the ratio of elites to producers increases (Costanza et al 2005).
As economic class distinctions developed, the social changes usually included a decline in the status of women who were more equal partners in subsistence societies. While close to 100% of the people in foraging and hunter gatherer societies were involved directly in producing food, less than 60% of the population in non industrial agricultural societies may participate directly. In contrast, industrial, modern, mechanized agriculture that depends on non renewable fossil-fuelled machinery usually employs less than 5% of the population directly in food production.
The migration of foragers and hunter gathers to colder northern climates, the shift to more intensive food production systems that included increased densities of people living in the confines of enclosed permanent structures, the further migration of people into Asia, and the modern evolution of urban living conditions have all been accompanied by genetic changes in humans. The most well known of these changes are the adaptive development of resistance to “crowd diseases” spread from domesticated animals (Diamond 2002), food tolerances, the various blood groups we see in human populations, as well as the selection for lighter skin colors that has allowed people living in northern climates to use limited sunlight to accomplish the metabolic transformations of chemical precursors into Vitamin D (D'Adamo and Whitney 1996).
The transition to large-scale intensive cultivation agriculture in permanent fields often involved complex water management (irrigated rice) and the use of large animals such as horses, water buffalo and oxen to pull plows which turn up buried soil nutrients into the planting layer and aid in controlling weeds. Even though intensive cultivation agriculture did produce more food than subsistence food production on a specific area, severe local food shortages were not eliminated by the development of these techniques. Famine was caused by cyclic drought, climate cooling episodes and the natural propensity of humans to increase population numbers to meet then surpass any elevation of carrying capacity during benign conditions (Hopfenberg 2003).
Societies grew and prospered until soils were exhausted or as long as there was new land to cultivate, but they declined when they ran out of fertile soil options (Montgomery 2007). Temporary overshoot of carrying capacity has caused human numbers to fall back precipitously with some regularity throughout history (Stanton 2003), while less regular complete collapses of societies have been the norm since the advent of agriculture (Costanza et al. 2005).
Cultivation agriculture has resulted in a tremendous depletion of both soil mass by erosion ( Montgomery 2007; Sundquist 2007) and plant nutrients in soil (Williams 2006; Salonius 2007). Plant nutrients are lost because of bare soil cultivation and the lack of the very efficient recycling that is a characteristic of diverse, deep rooted, nutrient-conservative forest and grassland / prairie ecosystems. Nutrient replacement with fertilizers is the process that allowed intensive cultivation agriculture to continue after all of the arable soils on the planet had been occupied.
The Agricultural Revolution and Beyond
The Agricultural Revolution was the first of several food production improvements that took place after 1700. Soils, whose plant nutrients would normally be depleted after a period of cultivation, were augmented in the earliest stages of intensive agricultural development by forest leaves, animal manures, wood ash, fish, seaweed, mud from tidal zones, and pulverized bones. As a complex transportation industry began to develop based on coal and then petroleum for railways and ocean going ships, long distance transport of guano, Chilean nitrate, limestone, potash salts and rock phosphate allowed depleted soils to produce enough crops for domestic use and export. The absolute necessity for including legume crops in crop rotations was circumvented after the Haber- Bosch process began producing ammonia using methane and atmospheric nitrogen 1913 (Vance 2001).
Science-based management of soil nutrients and fertilizer materials became necessary as crop fertilization had to become increasingly efficient. The guiding principle for crop fertilization was Liebig's Law of the Minimum that states that only by increasing the supply of the scarcest or most limiting soil nutrient would crop growth be improved. Later the emphasis shifted from crop fertilization to nutrient management planning which attempted to assess soil nutrients that would be released into solution during growth, the acidity of the soil as it effects plant nutrient availability, the nutrients contributed by manure applications and nitrogen fixing plants, and the possibility of environmental (especially to water) damage by nutrients that are not used by the existing crop or that are not held in the soil until the next crop begins to grow.
The next major increase in food production occurred as the Industrial Revolution began. Energy for manufacturing farm implements was first obtained from falling water. With the invention of the steam engine, energy from burning wood supplied power for the manufacture of farm machinery such as plows, mowers, diggers and threshers. The motive power to operate this machinery was provided by draft animals. Later these machines were pulled and operated by power obtained from internal combustion engines that slowly reduced reliance on draft animals such as oxen and horses, whose feed formerly came from the same arable land that grows food crops for people. Thus the Fossil Fuel Revolution began.
Since 1750 human society has increasingly augmented the solar energy that it relied on exclusively for most of its history with a progression of temporary supplies of non-renewable geological energy sources (coal, petroleum, natural gas and fissionable uranium). The profligate consumption of these energy subsidies has allowed tremendous increases in agricultural production and the global trading that removes the necessity for food to be produced in the region where it is to be consumed.
Thomas Malthus (1826) predicted that agricultural production increases would not be able to meet the requirements of a steadily growing human population. However he was not aware that the depletion of soils by the agriculture, that was feeding less than one billion humans in the 1700s, was already unsustainable in the long term. Malthus could not have conceived of the temporary increase of carrying capacity and food production that would be made possible by the use of non-renewable fossil and nuclear fuels during period after his death. The abandonment of the effective controls on human birth rates, exercised by pre-agricultural societies, and the decrease in mortality by warfare that followed the evolution of states have allowed the exponential expansion of human numbers to be fuelled by increased availability of food.
Human populations had grown very slowly until the advent of agriculture. Population grew rapidly in the context of both increased food security and the wealth that agricultural productivity created until the middle 1800s. During the latter part of this period, as soil productivity became seriously diminished by cultivation agriculture, and a scarcity of forest land that could be cleared for farming developed, migration to new lands such as North America and Australia was used to decrease the pressure on existing land. These new areas presented migrants with fertile land so that soil-depleting agriculture could continue (Manning 2004; Williams 2006).
This migration and exploitation of new lands continued the accelerating population expansion that increased agricultural food production makes possible. The historically unprecedented rapid exponential population explosion after 1800 was driven by the increased productivity that was made possible by the labor saving machinery of the Industrial Revolution in concert with the increasing access to cheap and abundant geological energy that characterized the Fossil Fuel Revolution.
Part 3: Our Current Agricultural Situation
The Green Revolution produced the last major improvement in food production during the latter decades of the twentieth century as new crop varieties were created by plant breeders. These new varieties depended on large inputs of fossil-fuel dependent fertilizers, irrigation, insecticides and herbicides. William Paddock (1970) warned, at the time of the beginning of the Green Revolution, that the increased agricultural productivity would simply produce more malnourished poor people if curbs were not applied to the increase in human numbers that would result from increased food availability. Global population growth since the beginning of the Green Revolution has borne out the futility of increasing food availability in the absence of measures to control human fertility (Diamond 2002).
Some forms of modern industrial agriculture, combined with the transportation necessary to ship food produced, use more than 10 calories of fossil fuel to deliver one calorie of food to the market (Younquist 1997). Montgomery (2007) states that before 1950, most increases in food production were the result of increased land under cultivation and better husbandry, but recently most of the increases have been the result of mechanization and escalating fertilizer use. Albert Bartlett (1978) has said, “Modern agriculture is the use of land to convert petroleum into food.”
Salonius (2005) summarized evidence for the necessity that modern civilization must face the prospect of decreasing access to the cheap and abundant exhaustible geological energy that has served agriculture so effectively during the recent past. The cost of this energy is poised to increase and that eventually fossil fuel and fissionable nuclear energy will become economically unavailable.
The looming scarcity of fossil fuel resources will create great difficulty in continuing to supply fertilizer nitrogen for agriculture by the Haber-Bosch process. Inexpensive rock phosphate supplies are forecast to become depleted in as little as 60 years (Vance 2001). Dery and Anderson(2007) demonstrate peaking phosphorus production from several sources including the United States that follow the same trajectory as the Hubbert Peak for petroleum; these authors suggest that world rock phosphate production is already in decline and that future agricultural production will depend upon diligent phosphorus recycling.
North America has the largest reserves of potassium in the world that can be manufactured into fertilizer materials. Concerns about the stability of limited supplies as well as the increasing costs of transport, that are driven by petroleum scarcity, produced rapid escalation in the price of potassium fertilizer during the early years of the twenty-first century.
As fertilizer supplies and long distance transport are expected to dwindle in concert with fossil-fuel depletion during the twenty-first century, organic agricultural techniques are expected to replace the industrial agriculture that has been powered by fossil fuels and nourished by chemical fertilizers. The International Fertilizer Industry suggests that organic agriculture is only capable of producing one quarter of the protein produced when large amounts of inorganic nitrogen fertilizers are employed (www.fertilizer.org/ifa/sustainability.asp); however, Pimentel et al. (2005) have shown that weathering rates appear to be able to meet plant demand for nutrients when organic agriculture relies on nitrogen fixing by legumes on some soils.
Sustainability issues are becoming increasingly apparent to systems analysts who have begun to understand the dilemma faced by human populations that have overshot the carrying capacity of the ecosystems they rely on for the production of food and fiber. This understanding usually encompasses the looming current depletion of non-renewable fossil and nuclear energy subsidies, however more basic depletions are becoming recognized as having been sidestepped for the last 10,000 years.
The global human family has become dependent upon the enhanced food production made possible by temporary supplies of non-renewable geologically stored fossil and nuclear energy. The energy market, upon which present affluence levels are based, is a global one, and the availability of geological energy supplies cannot be maintained. As access to the energy upon which complex industrial societies are dependent becomes more expensive and less available during the twenty-first century, human population numbers will have to be brought into balance with the sustainable productivity levels of the local ecosystems upon which they rely for their sustenance.
The ecological deficits, that humans have sidestepped by migration to new lands, mining soil mass (erosion) and soil nutrients (leaching), and access to one-time supplies of exhaustible energy, will have to be squarely faced as the level of affluence diminishes. Food production per capita must fall as horses and oxen must again be fed from crop land and as access to fossil fuel dependent fertilizers diminishes.
Part 4: Intensive Crop Cultures Are Unsustainable
A growing number of commentators, such as Alan Weisman (2007), have begun to suggest that a world with fewer people would be far better placed to deal with climate change and the exhaustion of the dirty fuels of the industrial past. Many appear to think that high technologies such as nuclear energy and yet another agricultural revolution, this one supplying Genetically Modified crops, in combination with curbs on population growth, would begin to dampen the environmental disruption caused by human society that is becoming increasingly obvious. However the problem is even more serious than that visualized by these thoughtful individuals who are convinced that the neoclassical economic model of open-ended expansion and so-called 'sustainable growth' is a recipe for disaster.
William Rees (1992) originated the idea of the Ecological Footprint to measure the amount of land that people with different lifestyles both occupied and drew on for their sustenance. Wackernagel and Rees (1997) further developed this concept, calculating how many Earths would be required if all of the people on the planet lived at particular levels of consumption; they appear to believe that the human family overshot global carrying capacity sometime in the twentieth century. Regardless of the timing, we know we are in serious overshoot and that the total human footprint (whatever enormity it is) must get smaller.
As we run up against all of the renewable and nonrenewable resource depletions (oil, soil, phosphorus, minerals etc.) that will characterize the foreseeable future, we require an entire rethink as to how we do business, because the human enterprise has been living on borrowed time and resources for millennia. It is quite conceivable that most intensive crop culture is unsustainable and that it has been unsustainable since cultivation agriculture began.
It is reasonable to suggest that we begin unsustainable resource depletion (overshoot) as soon as we use (and become dependent upon) the first unit of any non-renewable resource or renewable resource used unsustainably whose further use becomes essential to the functioning of society. Each of the following has facilitated an increase in food availability and thus an increase in the human numbers that must continue to be fed whether the resources become depleted or not: the first tonne of coal, the first litre of oil, the first kilogram of fissionable uranium, the first barrel of fossil water for irrigation that exceeds the recharge rate of the aquifer being tapped, and the first hectare of formerly nutrient conservative native forest or grassland/prairie plowed.
The last item in the list, plowing of virgin ecosystems for cultivation agriculture, sets in motion unsustainable renewable resource depletion (excessive erosion and leaching/export of plant nutrients from arable soils, and more recently the excessive leaching and nutrient depletion that is associated with harvesting of nutrient-rich forest biomass) that has been looming over us, unseen, for 10,000 years (Salonius 2007). Some estimates suggest that nearly one-third of the arable soils on Earth have already been lost to erosion since cultivation began and recent moves to rely on agricultural crops as a source of biofuels (ethanol) are seen by some as trading a system based on mining oil for one based on mining soil (Montgomery 2007). We can expect that the unsustainable exploitation of soil will become increasingly apparent as the depletion of petroleum begins to affect the production of foodstuffs by unsustainable farming, and the production of fiber produced by unsustainable forestry upon which most of us are dependent.
Humanity has probably been in overshoot of the Earth's carrying capacity since it abandoned hunter gathering in favor of crop cultivation (~ 8,000 BCE) and it has been running up its ecological debt since that time.
Part 5: The Future of Food Production
In the context of depleting reserves of the fossil fuels that have supplied modern agriculture with motive power, machinery, fertilizers, insecticides and herbicides, it is expected that the way food is produced will have to change as the twenty-first century unfolds. 'Permaculture' (Mollison and Holmgren 1979), and other modifications of agricultural practice that seek self sufficiency, such as those put forward by proponents like the Post Carbon Institute's Relocalization program (www.postcarbon.org) include local food and biofuel systems, revitalization of local industry, and community cooperation.
These are good first steps that recognize global trade will wane as fossil fuel depletion gains momentum. They are also an attempt to wean people off the industrial food production that treats soil as a medium for fertilizer-dependent hydroponic agriculture, and simply a substrate to stand plants up in. These people are interested in popularizing organic agriculture, minimum tillage or no-till methods, solar powered tractors etc. that will make local economies less reliant on imported materials. However these alterations follow the cultivation agriculture model as a food production system, as they must in the short term.
All cultivation agriculture depends on the replacement of complex, species diverse, self-managing, nutrient conservative, deep rooted, natural grassland/prairie and forest ecosystems with monocultures or 'near monocultures' of food crop plants that rely on intensive management. The simple shallow rooting habit of food crops and the requirement for bare soil cultivation produces soil erosion and plant nutrient loss far above the levels that can be replaced by microbial nitrogen fixation, and the weathering of minerals (rocks and course fragments) into active soils and plant-available nutrients such as potassium, phosphorus, calcium, and magnesium on most of the soils on the planet.
Under natural grassland/prairie and forest ecosystems, erosion rates of soil mass are minimal, and the diverse and deep structure of the below-ground rooting community, with its microbial associates, makes the escape of plant nutrients entrained in downward-moving drainage (leaching) water to the ocean very difficult. Our ultimate goal, as we attempt to achieve a sustainable human culture on Earth, must be to move toward the sustainable exploitation of natural grassland/prairie and forest ecosystems at rates that do not cause the loss of physical soil mass or plant nutrient capital any faster than they can be replaced by biological and weathering processes.
Obviously, as we move back toward a solar-energy dependent economy based on self-managing natural ecosystems, we will no longer be able to run the massive ecological deficits that temporary fossil and nuclear fuel availability have allowed. Just as obviously the solar-energy dependent economy will not support the human numbers that have been able to exponentially increase slowly as a result of agricultural mining of soil mass and nutrient stores since ~8,000 BCE, and rapidly because of the availability of non renewable fossil and nuclear energy subsidies since 1750.
In order to lower the human population to levels supportable by sustainable exploitation of natural grassland/prairie and forest ecosystems we must begin to allow these ecosystems to reestablish on lands that have historically been devoted to intensive cultivation during our 10,000 year agricultural past. The best suggestion so far to produce Rapid Population Decline (RPD) is for the collective global human family to adopt a One Child Per Family (OCPF) 'modus operandi/philosophy'. Even with general acceptance of RPD and OCPF, the human population decrease that is necessary to achieve a sustainable solar energy-dependent culture, will take several centuries. Governments, as they become convinced that RPD is necessary, may choose monetary incentives, tax breaks and/or penalties to achieve general acceptance of OCPF or some other RPD program.
Part 6: Moving Beyond (Back From) Cultivation Agriculture
There are areas of the planet with such low rainfall as to preclude the growth of forest vegetation where a return to pastoral herding, with low stocking levels, will allow the reinvasion of native prairie vegetation. As we move toward the abandonment of unsustainable agricultural practices, it would be advisable to shift away from the cultivation of grains and forages that require bare ground cultivation on these lands.
As human numbers are contracting/shrinking under a OCPF/RPD or some other numbers reduction methodology, the extant population will insist on being properly nourished. The only way enough food can be produced for them is by cultivation agriculture that will further deplete most of the arable soils on the planet. During the centuries of transition, as we move toward a solar-dependent culture that again sustainably exploits natural grassland/prairie and forest ecosystems, we should be exercising as responsible agriculture as is possible on the shrinking arable land base where it is still practiced. During this transition, the growing amount of land that is abandoned will revert toward natural grassland/prairie and forest ecosystems very rapidly after we cease cultivating it (Weisman 2007).
Balancing of human numbers with the productivity of their supporting local ecosystems may be accomplished by planed attrition, much lower birth rates and the economic dislocations and hardships that a retreat from classical economic growth will incur, or the balancing of human numbers may be accomplished by a catastrophic collapse imposed by natural resource scarcity. The species with the large brain must make the choice between economic hardship and catastrophic collapse.
Cultivation agriculture must be relied upon for the bulk of the food required to support global humanity until we have reduced our numbers to a level that can be sustained by regulated exploitation/harvesting activities that fall within the
(now better understood) capacity of ecosystems to maintain diversity, to form soil and to replace soluble plant nutrients lost by harvesting or leaching.
The attractive aspect of moving toward sustainable co-existence with self-managing ecosystems is that the hit-and-miss process of evolution has already established how to make them work. Our responsibility (after our numbers have fallen to sustainable levels) will be to learn to live within the regeneration capacity of these restored ecosystems. The penalty for exceeding their regeneration capacity will be hunger and privation, as it was for our hunter gatherer, forager and pastoral ancestors.
The final dream of domestication – total control. Soy monoculture in the wake of one of the most biodiverse environments to have ever existed; the rainforests of Brazil. 
Future plans for Gothenburg, Sweden, transitioning to become a sustainable city. 
